血糖检测芯片、智能血糖检测仪及制备方法技术

本发明专利技术提供一种血糖检测芯片、智能血糖检测仪及制备方法，本发明专利技术在硬件芯片上嵌入了人工神经网络，将硬件芯片上的光调制层作为人工神经网络的输入层，将图像传感器作为人工神经网络的线性层，将光调制层对入射光的滤波作用作为输入层到线性层的连接权重，使得后续在使用该血糖检测芯片进行血糖检测处理时不需要再进行与输入层和线性层对应的复杂的信号处理和算法处理，可以大幅降低人工神经网络处理时的功耗和延时。本发明专利技术将待进行血糖检测部位的不同位置点处的图像信息、光谱信息、入射光的角度和入射光的相位信息投影到硬件芯片的光电流响应中，并在处理器中实现电信号的全连接，从而实现了低功耗、安全可靠的快速准确、非侵入式的血糖检测。侵入式的血糖检测。侵入式的血糖检测。

【技术实现步骤摘要】
血糖检测芯片、智能血糖检测仪及制备方法


[0001]本专利技术涉及人工智能
，尤其涉及一种血糖检测芯片、智能血糖检测仪及制备方法。

技术介绍

[0002]糖尿病(Diabetes Mellitus，简称DM)是一种多病因的代谢疾病，由胰岛素分泌不足或胰岛素利用障碍导致，以慢性高血糖为主要特征，伴有碳水化合物、脂肪和蛋白质代谢紊乱，可引发一系列严重的并发症。糖尿病作为威胁人类健康的重大疾病之一，目前临床上尚无根治方法糖尿病不仅大大降低了患者的生活质量，而且增加了全球的经济负担，因此对糖尿病预防及治疗的相关研究刻不容缓。
[0003]随着生活水平的不断提高，糖尿病已成为严重影响人类身体健康的一种世界性的第三大疾病。为了有效监控糖尿病患者的血糖浓度，家用便携式血糖仪及血糖试纸得到了广泛的使用。目前市场上对血糖的检测，主要是针对采集血样的有创伤或微创伤检测，给患者带来极大的痛苦，而且存在病毒通过血液感染的危险。因此，无创伤血糖检测成为治疗糖尿病的迫切需求。
[0004]目前无创血糖检测的方法主要有光学和辐射方法、反向离子电渗分析法、电磁波法、超声波法以及组织液提取法等。例如，近红外光谱检测法主要利用血糖浓度与其近红外光谱吸收之间的关系，用近红外光照射皮肤，并从反射光强度变化来反映出血糖浓度。这种方法具有测量快速、无需化学试剂及消耗品等优点，但是由于被测对象的个体差异大，且取得的信号又非常微弱，因此在测量部位选择、测量条件选取、重叠光谱中提取微弱化学信息的方法等关键性技术方面还有待进一步解决。且信号处理系统体积大，无法随身携带。还有皮下组织液检测法，通过测量皮下渗出的组织液的葡萄糖浓度来反映血糖浓度。根据此原理可制成检测葡萄糖的手表，并可实时连续监控血糖浓度，然而这种方法准确性较差，且反应速度慢，因此很难替代现有的有创血糖仪。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供一种血糖检测芯片、智能血糖检测仪及制备方法。
[0006]具体地，本专利技术实施例提供了如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种血糖检测芯片，包括：光调制层和图像传感器，所述血糖检测芯片与处理器连接设置；所述光调制层对应人工神经网络的输入层以及输入层到线性层的连接权重，所述图像传感器对应人工神经网络的线性层；所述处理器对应人工神经网络的非线性层以及输出层；
[0008]所述光调制层设置于所述图像传感器的感光区域的表面，所述光调制层包含有光调制结构，所述光调制结构用于对经人体待测部位反射和/或透射进入至所述光调制结构不同位置点处的入射光分别进行不同的频谱调制，以在所述感光区域的表面得到与不同位
置点对应的入射光携带信息；所述人体待测部位是具备血糖信息的部位；
[0009]所述图像传感器用于将与不同位置点经光调制层调制后对应的入射光携带信息转换为与不同位置点对应的电信号，并将与不同位置点对应的电信号发送给所述处理器；所述电信号为经光调制层调制后的图像信号；
[0010]所述处理器用于将与不同位置点对应的电信号进行全连接处理与非线性激活处理，得到血糖检测结果。
[0011]进一步地，所述入射光携带信息包括光强度分布信息、光谱信息、所述入射光的角度信息以及所述入射光的相位信息中的至少一种。
[0012]进一步地，所述血糖检测芯片包括训练好的光调制结构和图像传感器，所述处理器为训练好的处理器；
[0013]所述训练好的光调制结构、图像传感器和处理器是指利用与血糖检测任务对应的输入训练样本以及输出训练样本，对包含不同的光调制结构和图像传感器的血糖检测芯片以及具有不同的全连接参数和非线性激活参数的处理器进行训练得到的满足训练收敛条件的光调制结构、图像传感器和处理器；
[0014]所述输入训练样本包括由具有不同血糖值的人体待测部位反射或透射的入射光；所述输出训练样本包括相应的血糖值。
[0015]进一步地，在对包含不同的光调制结构和图像传感器的血糖检测芯片以及具有不同的全连接参数和非线性激活参数的处理器进行训练时，所述不同的光调制结构通过采用计算机光学仿真设计的方式设计实现。
[0016]进一步地，用于照射人体待测部位的光源为近红外光源。
[0017]进一步地，所述光调制层中的光调制结构包含规则结构和/或不规则结构；和/或，所述光调制层中的光调制结构包含离散型结构和/或连续型结构。
[0018]进一步地，所述光调制层中的光调制结构包含由多个微纳单元组成的单元阵列，每个微纳单元对应图像传感器上的一个或多个像素点；各个微纳单元的结构相同或不同。
[0019]进一步地，所述微纳单元包含规则结构和/或不规则结构；和/或，所述微纳单元包含离散型结构和/或连续型结构。
[0020]进一步地，所述微纳单元包含有多组微纳结构阵列，各组微纳结构阵列的结构相同或不同。
[0021]进一步地，各组微纳结构阵列具有宽带滤波或窄带滤波的作用。
[0022]进一步地，各组微纳结构阵列为周期结构阵列或非周期结构阵列。
[0023]进一步地，所述微纳单元包含的多组微纳结构阵列中有一组或多组空结构。
[0024]进一步地，所述微纳单元具有四重旋转对称性。
[0025]进一步地，所述光调制层由一层或多层滤波器层构成；
[0026]所述滤波器层是由半导体材料、金属材料、液晶、量子点材料、钙钛矿材料中的一种或多种制备的滤波器层；和/或，所述滤波器层是由光子晶体、超表面、随机结构、纳米结构、金属表面等离激元SPP微纳结构、可调法布里
‑
珀罗谐振腔中的一种或多种制备的滤波器层。
[0027]进一步地，所述半导体材料包括硅、氧化硅、氮化硅、氧化钛、按照预设比例混合的复合材料以及直接带隙化合物半导体材料中的一种或多种；和/或，所述纳米结构包括纳米
点二维材料、纳米柱二维材料和纳米线二维材料中的一种或多种。
[0028]进一步地，所述光调制层的厚度为0.1λ～10λ，其中λ表示入射光的中心波长。
[0029]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种智能血糖检测仪，包括如第一方面所述的血糖检测芯片。
[0030]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种如第一方面所述的血糖检测芯片的制备方法，包括：
[0031]在所述图像传感器的感光区域的表面制备包含有光调制结构的光调制层；
[0032]生成具备对信号进行全连接处理与非线性激活处理功能的处理器；
[0033]连接所述图像传感器和所述处理器；
[0034]其中，所述光调制层用于通过所述光调制结构对进入至所述光调制结构不同位置点处的入射光分别进行不同的频谱调制，以在所述感光区域的表面得到与不同位置点对应的入射光携带信息；所述入射光携带信息包括光强度分布信息、光谱信息、所述入射光的角度信息以及所述入射光的相位信息；
[0035]所述图像传感器用于将与不同位置点经光调制层调制后对应的入射光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种血糖检测芯片，其特征在于，包括：光调制层和图像传感器，所述血糖检测芯片与处理器连接设置；所述光调制层对应人工神经网络的输入层以及输入层到线性层的连接权重，所述图像传感器对应人工神经网络的线性层；所述处理器对应人工神经网络的非线性层以及输出层；所述光调制层设置于所述图像传感器的感光区域的表面，所述光调制层包含有光调制结构，所述光调制结构用于对经人体待测部位反射和/或透射进入至所述光调制结构不同位置点处的入射光分别进行不同的频谱调制，以在所述感光区域的表面得到与不同位置点对应的入射光携带信息；所述人体待测部位是具备血糖信息的部位；所述图像传感器用于将与不同位置点经光调制层调制后对应的入射光携带信息转换为与不同位置点对应的电信号，并将与不同位置点对应的电信号发送给所述处理器；所述电信号为经光调制层调制后的图像信号；所述处理器用于将与不同位置点对应的电信号进行全连接处理与非线性激活处理，得到血糖检测结果。2.根据权利要求1所述的光人工神经网络智能农业精准控制芯片，其特征在于，所述入射光携带信息包括光强度分布信息、光谱信息、所述入射光的角度信息以及所述入射光的相位信息中的至少一种。3.根据权利要求1所述的血糖检测芯片，其特征在于，所述血糖检测芯片包括训练好的光调制结构和图像传感器，所述处理器为训练好的处理器；所述训练好的光调制结构、图像传感器和处理器是指利用与血糖检测任务对应的输入训练样本以及输出训练样本，对包含不同的光调制结构和图像传感器的血糖检测芯片以及具有不同的全连接参数和非线性激活参数的处理器进行训练得到的满足训练收敛条件的光调制结构、图像传感器和处理器；所述输入训练样本包括由具有不同血糖值的人体待测部位反射或透射的入射光；所述输出训练样本包括相应的血糖值。4.根据权利要求3所述的血糖检测芯片，其特征在于，在对包含不同的光调制结构和图像传感器的血糖检测芯片以及具有不同的全连接参数和非线性激活参数的处理器进行训练时，所述不同的光调制结构通过采用计算机光学仿真设计的方式设计实现。5.根据权利要求1～4任一项所述的血糖检测芯片，其特征在于，用于照射人体待测部位的光源为近红外光源。6.根据权利要求1～4任一项所述的血糖检测芯片，其特征在于，所述光调制层中的光调制结构包含规则结构和/或不规则结构；和/或，所述光调制层中的光调制结构包含离散型结构和/或连续型结构。7.根据权利要求1～4任一项所述的血糖检测芯片，其特征在于，所述光调制层中的光调制结构包含由多个微纳单元组成的单元阵列，每个微纳单元对应图像传感器上的一个或多个像素点；各个微纳单元的结构相同或不同。8.根据权利要求7所述的血糖检测芯片，其特征在于，所述微纳单元包含规则结构和/或不规则结构；和/或，所述微纳单元包含离散型结构和/或连续型结构。9.根据权利要求7所述的血糖检测芯片，其特征在于，所述微纳单元包含有多组微纳结构阵列，各组微纳结构阵列的结构相同或不同。
10.根据权利要求9所述的血糖检测芯片，其特征在于，各组微纳结构阵列具有宽带滤波或窄带滤波的作用。11.根据权利要求9所述的血糖检测芯片，其特征在于，各组微纳结构阵列为周期结构阵列或非周期结构阵列。12.根据权利要求9所述的血糖...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔开宇，熊健，黄翊东，张巍，冯雪，刘仿，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：